JP2003003367A - エレクトレット繊維シート - Google Patents
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Abstract
ートでは達成不可能な高塵埃捕集特性を達成する高性能
を有するエレクトレット繊維シートを提供することにあ
る。 【解決手段】 繊維シートの表裏両面に正極性と負極性
の両電荷が混在するように帯電し、該帯電部分の片面当
たりの合計面積が表裏両面とも各面の全面積に対し50
%以上であるエレクトレット繊維シートである。
Description
シートに関し、さらに詳しくは、特にエアフィルターと
して高い塵埃捕集効率を発揮する高性能のエレクトレッ
ト繊維シートに関する。
エアフィルターとして使用すると、低圧損で高い塵埃捕
集性を示すため広く使用されている。このようなエレク
トレット繊維シートを製造する従来の方法としては、合
成繊維不織布等の繊維シートに高電圧を印加し、コロナ
放電によりエレクトレット化するものが一般的であった
(特開昭61−102476号公報等参照)。
エレクトレット繊維シートを、エアフィルターとして使
用したときの塵埃捕集効率は99.5%程度になるた
め、かなりの高率である。しかしながら、このエレクト
レット繊維シートについて、電荷が帯電している面積を
測定してみると、繊維シート全面積の20〜30%程度
である。まれに片面だけが片面全面積の50%以上にな
ったものが出現するが、反対面は著しく低い帯電面積で
あるというアンバランス状態になっている。そのため、
帯電パターンが全体に粗い状態になっており、塵埃捕集
効率を上記レベル以上に向上させることには限界があっ
た。
のコロナ放電法のエレクトレット繊維シートでは達成不
可能な高塵埃捕集特性を達成する高性能を有するエレク
トレット繊維シートを提供することにある。
明のエレクトレット繊維シートは、繊維シートの表裏両
面に正極性と負極性の両電荷が混在するように帯電し、
該帯電部分の片面当たりの合計面積が表裏両面とも各面
の全面積に対し50%以上であることを特徴とするもの
である。
が混在し、その帯電部分の片面当たりの合計面積が表裏
いずれの面とも各面の全面積の50%以上としたことに
より、エアフィルターとしての塵埃捕集効率を、従来の
コロナ放電法のエレクトレット繊維シートの99.5%
程度のレベルから99.999%以上の高率にすること
ができる。
トは、非導電性を有する繊維材料からなるものであれば
特に限定されない。例えば、合成繊維製の織物、編物、
不織布などを挙げることができる。特に、エアフィルタ
ー用の場合には、合成繊維不織布が好ましく、中でもメ
ルトブロー不織布が好ましい。
積抵抗率が1012・Ω・cm以上、さらに好ましくは1
014・Ω・cm以上の材料がよい。例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル、ポリカー
ボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイ
ト、フッ素系樹脂、およびこれらの混合物などを挙げる
ことができる。これらの中でも、ポリオレフィンまたは
ポリ乳酸を主体とするものはエレクトレット性能の点か
ら好ましく、さらにポリプロピレンを主体とするものは
一層好ましい。
記のような非導電性繊維シートの表裏両面に正極性と負
極性との両電荷を混在するように帯電し、かつその帯電
部分の片面当たりの合計面積を表裏両面とも各面の全面
積の50%以上、好ましくは70%以上になるようにし
たものである。このように表裏両面とも帯電部分の合計
面積を各面の50%以上にしたことにより、エアフィル
ターに使用する場合の塵埃捕集効率を99.999%以
上の高レベルにすることができる。
ち、少なくとも一方は多数の島状の微小帯電パターンと
して分布するように帯電するようにする。しかも、その
微小帯電パターン1個当たりの面積は極力微細にし、平
均面積が0.01mm2 以下、最大面積が0.05mm
2 以下であるようにする。また、微小帯電パターンが繊
維シート1mm2 当たりに存在する個数が20個以上で
あるようにすることが望ましい。
に限定されない。例えば、円、楕円、枝状、星形などを
挙げることができる。このような微小帯電パターンを含
む正負極性の両電荷が混在する形態としては、次の3通
りのケースを挙げることができる。
電荷の海中に負極性の電荷の微小帯電パターンが多数緻
密に分散するように混在するケース。
電荷の海中に正極性の電荷の微小帯電パターンが多数緻
密に分散するように混在するケース。
小帯電パターンの形状になって緻密に混在するケース。
電荷が微小帯電パターンを形成している(1)や(3)
のケースが好ましい。正極性の微小帯電パターンを形成
するよりも、負極性の微小帯電パターンの方が形成しや
すく、エレクトレット繊維シートとして帯電維持性に優
れているからである。一般に、帯電は電子の授受で行わ
れ、繊維など電子を放出しにくい絶縁体の場合は、電子
を受けること(微小放電などによる)によって発生する
微小帯電、つまり負の微小帯電の方が起こりやすいため
と考えられる。
た状態で少なくとも一方を微小帯電パターンにし、その
微小帯電パターンの面積を極力微小にすると共に、単位
面積当たりに多数存在させることにより、エレクトレッ
ト繊維シートにおける電荷の維持特性を向上し、寿命を
延長することができる。つまり、正負両電荷が緻密に混
在することにより、正負両電荷間で電界が閉じた状態に
なり、大気中や除電器からイオンが移動せずに帯電が中
和されにくくなるため、繊維シート上での帯電状態を長
時間保持できるようになるのである。
電部分の面積、帯電パターンの個数等は、ダストフィギ
ュア法により帯電部分を可視化することにより測定する
ことができる。ダストフィギュア法とは静電気学会編
「静電気ハンドブック」第一版、373頁に記載される
ところであるが、帯電した着色微粒子(現像材)を帯電
体に近接させ、静電気力で付着現像させることで可視化
する方法である。
の測定方法は、ダストフィギュア法により次のようにし
て行う。
れている一般の粉末トナーを使うものとし、繊維シート
を現像する際、単糸間の隙間も十分現像させるため、現
像材は繊維シート上に多量に振りかけた後、静電気力に
よらずに滞留している余分な現像材を振り払うようにす
る。上記現像材には、下記の赤色の正帯電性トナーと青
色の負帯電性トナーを混合したものを使用する。可視化
は湿度50%の環境下で行うものとする。
0.2重量%、25μm以上;1.8重量%) 比電荷; −1.2μC/g 負帯電性トナー(青色): 粒径; 重量平均粒径 12.5μm(6μm以下;
0.8重量%、20μm以上;1.6重量%) 比電荷; −23.1μC/g なお、ここで示したトナーの平均粒径は、 COULTER社製
MULTISIZER II で、直径100μmのアパーチャーチュ
ーブを用いて測定した値である。また、比電荷について
は、ブローオフ法帯電量測定装置(東芝ケミカル製TB−
500 型)により測定した値である。具体的には、被測定
トナーと鉄粉キャリア(パウダーテック社のTSV-200R)
をそれぞれ1:19の重量比で混ぜ合わせ、ボールミル
により5分攪拌した後の粉体サンプルを、前記帯電量測
定装置の測定セル内に0.2gだけ入れ、ブロー圧0.
5kg/cm2 、ブロー時間60秒とし、網目スクリー
ンに400メッシュのステンレスメッシュを使用して測
定した値をトナーの重量(0.2g×1/20=0.0
1g)で割った値で求めている。
ートから、被写界深度0.1mm以上の光学顕微鏡を使
用して拡大画像を得る。その拡大画像をデジタルデータ
化したもの、或いはその拡大画像のハードコピー(A6
版サイズ以上)をカラースキャナ(分解能300dpi
以上,RGB各256階調)で読み取りデジタルデータ
化したものを得る。
から、フォトレタッチソフトにより正帯電部(青色)、
負帯電部(赤色)および無帯電部(無色)の3領域に切
り分ける。切り分ける色の中心値は、デジタル画像の中
でトナーが付着している箇所および付着していない箇所
の色情報をRGB或いはCMYKモードで抽出して、そ
の値に決める。好ましくは、10点以上の平均値を採っ
て決める方がよい。
領域を無帯電部領域と同色化し、グレースケール変換お
よび2値化変換を施すことにより正帯電部領域のみを黒
色化(その他の部分は白色)した画像を作成する。負帯
電部領域、無帯電部領域についても同様の処理により、
その領域だけを黒色化した画像に作成する。
として、周囲8画素を調べ、黒画素があれば同じ塊に属
するとみなす。この作業を全画素に対して行う。
(5)で検出した黒画素の塊がいくつあるかをカウント
し、それぞれの塊の画素数を求める。但し、トナーが複
数個連なって付着している部分を帯電部と見做す。従っ
て、面積0.0002mm2 (12μm径円形粒子2個
分の投影面積と同じ大きさ)以下の黒画素部はデータか
ら削除する。
角の正方形画素中の正(および負)帯電領域のパターン
数、平均面積および最大面積を算出する。
する場合、帯電処理部において幅方向で5点以上をサン
プリングし、各サンプルにおいて(1)〜(7)の作業
により帯電領域のパターン数、平均面積および最大面積
を求める。全サンプルのパターン数、平均面積および最
大面積それぞれの平均値を求め、その平均値で評価す
る。
ト繊維シートは、従来のコロナ放電法では得ることは難
しい。特に好ましい方法としては、非導電性繊維シート
を走行させながら、その片面にスリット状の吸引ノズル
をシート幅方向を横切るように接触させて、その接触部
の反対側のシート面を水面に接触又は浸漬させ、その状
態で吸引ノズルから水がシート厚さ方向に貫通するよう
に吸引して、水を非導電性繊維シート内に満遍なく浸透
させ、これを乾燥処理することによってエレクトレット
化する方法がよい。
向及び厚さ方向の全てに満遍なく完全浸透させることに
より、乾燥処理後の非導電性繊維シートを高性能なエレ
クトレットシートにすることができる。乾燥方法として
は、従来公知の方法がいずれも適用可能である。例え
ば、熱風乾燥法、真空乾燥法、自然乾燥法等の方法が適
用可能である。これらのうちでも熱風乾燥法は、連続処
理が可能にであるため好ましい。
の製造に使用する非導電性シートには、ヒンダードアミ
ン系添加剤及びトリアジン系添加剤の少なくとも1種を
配合するとよい。このような添加剤を非導電性シートに
含有させることにより、非導電性シートに対して特に高
いエレクトレット性能を保持させることができる。
ン系添加剤としては、ポリ〔((6−(1,1,3,
3,−テトラメチルブチル)イミノ−1,3,5−トリ
アジン−2,4−ジイル)((2,2,6,6,−テト
ラメチル−4−ピペリジル)イミノ)ヘキサメチレン
((2,2,6,6,−テトラメチル−4−ピペリジ
ル)イミノ)〕(チバガイギー製、キマソープ944L
D)、ハコク酸ジメチル−1−(2−ヒドロキシエチ
ル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル
ピペリジン重縮合物(チバガイギー製、チヌピン622
LD)、2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキ
シベンジル)−2−n−ブチルマロン酸ビス(1,2,
2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)(チバガ
イギー製、チヌピン144)などが挙げられる。
のポリ〔((6−(1,1,3,3,−テトラメチルブ
チル)イミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイ
ル)((2,2,6,6,−テトラメチル−4−ピペリ
ジル)イミノ)ヘキサメチレン((2,2,6,6,−
テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ)〕(チバガイ
ギー製、キマソープ944LD)、2−(4,6−ジフ
ェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−
((ヘキシル)オキシ)−フェノール(チバガイギー
製、チヌピン1577FF)などを挙げることができ
る。これらのなかでも特にヒンダードアミン系添加剤が
好ましい。
系添加剤又はトリアジン系添加剤の添加量は、特に限定
されないが、好ましくは0.5〜5重量%の範囲にする
のがよく、更に好ましくは0.7〜3重量%の範囲がよ
い。添加量が0.5重量%未満では、目的とする高レベ
ルのエレクトレット性能を得ることは難しくなる。ま
た、5重量%を超えるほど多く配合すると製糸性や製膜
性を悪くし、かつコスト的にも不利になるので好ましく
ない。
他に、熱安定剤、耐候剤、重合禁止剤等の一般にエレク
トレット加工品の非導電性シートに使用されている公知
の添加剤を添加してもよい。
において、非導電性シートに浸透させる水は、液体フィ
ルター等により汚れを除去し、出来るだけ清浄にした水
を使用するとよい。特に、イオン交換水、蒸留水、逆浸
透膜濾過水などの純水が好ましい。純水の純度として
は、導電率で103 μS/m以下であるものが好まし
く、さらに好ましくは102 μS/m以下にしたものが
よい。
たものを使用するとよい。水溶性有機溶剤を添加するこ
とにより、非導電性シートに対する水の浸透性を一層向
上させることができる。水溶性有機溶剤としては、沸点
が水の沸点より低いものが好ましい。すなわち、水溶性
有機溶剤は、非導電性シートに対する水の浸透性を向上
するために添加するので、一度シートに水を浸透させた
ら、なるべく早く気化させて乾燥することが好ましいか
らである。より好ましくは、水との沸点差が10℃以上
ある水溶性有機溶剤がよい。
に対する水の浸透性を向上するものであれば特に限定さ
れない。例えば、メチルアルコール、エチルアルコー
ル、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセト
ン、メチルエチルケトン類のケトン類、酢酸プロピル、
酢酸ブチル等のエステル類、その他アルデヒド類、カル
ボン酸類等を挙げることができる。特に、アルコール類
またはケトン類は好ましく、特にアセトン、イソプロピ
ルアルコール、エタノールのうちの少なくとも1種を用
いるのが好ましい。さらに好ましくは、イソプロピルア
ルコールを主成分とするものが好ましい。
性を向上する効果を奏すれば特に限定はされないが、好
ましくは3〜15重量%にするのがよい。特に、イソプ
ロピルアルコールの場合は、3〜10重量%の範囲が好
ましい。
エレクトレット繊維シートの製造方法を実施する装置を
例示したものである。
では、メルトブロー紡糸機18から溶融ポリマーを圧縮
加熱空気の噴射流と共に極細の短繊維として紡出し、そ
れを下方のネットコンベア19上に捕集してシート状の
非導電性繊維シートSを形成し、下流の浸透装置2に移
送する。水槽21の水面に接するように走行するとき、
その表面に当接させたスリット状の吸引ノズル22から
水を吸引することにより、その吸引途中の水がシート内
に浸透される。
ら水が供給され、一時的に貯留されたのち上縁から溢流
槽24に溢流し、排水管25から排水される。非導電性
繊維シートSは、ガイドローラ26,26により片面
(下面)を水槽21の水面に接触させながら走行し、そ
の水面と接触する非導電性繊維シートSの上面側にスリ
ット状の吸引ノズル22が幅方向に横切るように当接す
る。
繊維シートSの下面側に接する水を吸い上げ、水を非導
電性繊維シートSの厚さ方向に貫通するように移動させ
て厚さ方向全体に水を満遍なく浸漬させる。スリット状
の吸引ノズル22はシート幅方向に横切っているので、
このシート厚さ方向の浸透作用がシート面全域に隅々ま
で実施される。
は、予め吸引ノズル3のサクション作用により余剰の水
を絞り出された後、乾燥装置4に移送される。乾燥装置
4には複数のガイドローラ41がジグザグ状に内設さ
れ、供給口42から加熱空気が供給され、排気口43か
ら排出されることにより内部が加熱状態になっている。
非導電性繊維シートSは、ガイドローラ41をジグザグ
状に移動する間に乾燥され、エレクトレット化されたシ
ートになって搬出され、ロール状に巻かれたエレクトレ
ット化シート5になる。
シートは、表裏両面に正極性と負極性の両電荷が混在す
るように帯電し、その帯電部分の片面当たりの合計面積
は表裏両面とも各面の全面積に対し50%以上の高性能
のエレクトレット化シートになっている。
部の測定方法および特性値の測定法は、次のように行っ
た。
分布を可視化。
学顕微鏡はハイロックス社製マイクロハイスコープシス
テムで、ズームレンズは250倍ものを使用した。ビデ
オプリンターによりカラーの拡大画像のハードコピーを
得た。得られた拡大画像をカラースキャナーで読み取り
デジタルデータ化した。分解能は300dpi、RGB 各256階
調で、使用したスキャナーは独Linotype Hell 社 (Heid
elberg Prepress ) のサファイアであった。
フト(Photoshop ver.5.5J) で正帯電部(青)、負帯電
部(赤)および無帯電部(無色)の3領域に切り分け
た。切りわけはインデックスカラーモード変換コマンド
を用いた。この時、置き換える色の中心色は青/赤トナ
ー付着部分および未付着部分の色情報から、以下のよう
に設定した。
コマンドにより選択し、選択部分を消去することで無帯
電部領域と同色化する。グレースケールモード変換およ
び2階調化を施すことにより正帯電部領域のみを黒色化
(その他の部分は白色)したモノクロ2階調画像が得ら
れる。負帯電領域、無帯電領域についても同様の処理で
その領域だけ黒色化した画像を作成する。
像処理ソフトHALXON ver. 5 を使用した。ある任意の黒
画素( 帯電部) を中心画素として、周囲8画素を調べ、
黒画素があれば同じ塊に属するとみなす。この作業を全
画面に対して行う。なお、画像縁部に接する帯電パター
ンを含めて測定した。
で測定した。この捕集性能測定装置は、測定サンプルM
をセットするサンプルホルダー11の上流側にダスト収
納箱12を連結し、下流側に流量計13、流量調整バル
ブ14、ブロワ15を連結している。また、サンプルホ
ルダー11にパーテクルカウンター16が設けられ、こ
のパーテクルカウンター16を使用し、切替コック17
を介して、測定サンプルMの上流側のダスト個数と下流
側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。
mのポリスチレン標準ラテックスパウダーをダスト収納
箱12に充填し、サンプルMをホルダー11にセット
し、風量をフィルター通過速度が6.5m/分になるよ
うに流量調整バルブ14で調整し、ダスト濃度を1万〜
4万個/2.83×10-4m3 (0.01ft3 )の範囲で安定さ
せ、サンプルMの上流のダスト個数Dおよび下流のダス
ト個数dをパーティクルカウンター16(リオン社製、
KC−01B)で10回測定し、JIS K−0901
に基づいて下記計算式にて捕集性能(%)を求めた。
について繊維径を測定し、その平均値を求めた。
アジン系添加剤(チバガイギー製、キマソーブ944)
を1%添加したポリプロピレンを使用し、また製造装置
として図1の装置を使用し、まずメルトブロー法によ
り、目付40g/m2 、平均繊維径2.0μmのメルト
ブロー不織布を製造し、引き続き逆浸透膜濾過水が供給
される水槽の水面に沿って走行させながら、その表面に
スリット状の吸引ノズルを当接させて水を吸引すること
により浸透処理し、次いで水切り後に80℃で20分間
熱風乾燥することにより、エレクトレット化されたメル
トブロー不織布を得た。
メルトブロー不織布は、表裏両面に正負両極性の電荷が
下記の表1のように帯電していた。これをエアフィルタ
ーとして捕集性能を測定したところ、99.9997%
であった。
圧印加装置により高電圧(+25kV)で印加処理し
た。
のように帯電していた。これをエアフィルターとして捕
集性能を測定したところ、99.5%であり、実施例1
に比べて低いレベルであった。
繊維シートによれば、繊維シートの表裏両面に正極性と
負極性の両電荷が混在するように帯電し、該帯電部分の
片面当たりの合計面積が表裏両面とも各面の全面積に対
し50%以上であるようにしたことにより、エアフィル
ターとしての塵埃捕集効率を、従来のコロナ放電法のエ
レクトレット繊維シートの99.5%程度のレベルから
99.999%以上の高率にすることができる。
を実施する装置の一例を示す概略図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 繊維シートの表裏両面に正極性と負極性
の両電荷が混在するように帯電し、該帯電部分の片面当
たりの合計面積が表裏両面とも各面の全面積に対し50
%以上であるエレクトレット繊維シート。 - 【請求項2】 前記正極性と負極性の両電荷の少なくと
も一方が島状の微小帯電パターンの分布からなり、該微
小帯電パターン1個当たりの平均面積が0.01mm2
以下で、かつ最大面積が0.05mm2 以下である請求
項1に記載のエレクトレット繊維シート。 - 【請求項3】 前記微小帯電パターンの繊維シート1m
m2 当たりの個数が20個以上である請求項2に記載の
エレクトレット繊維シート。 - 【請求項4】 前記負極性の電荷が微小帯電パターンを
形成している請求項2または3に記載のエレクトレット
繊維シート。 - 【請求項5】 前記繊維シートが合成繊維不織布からな
る請求項1〜4のいずれかに記載のエレクトレット繊維
シート。 - 【請求項6】 前記合成繊維不織布がポリプロピレンが
主体の繊維からなる請求項5に記載のエレクトレット繊
維シート。 - 【請求項7】 前記繊維シートがヒンダードアミン系添
加剤及びトリアジン系添加剤の少なくとも1種を0.5
〜5重量%含有する請求項1〜6のいずれかに記載のエ
レクトレット繊維シート。
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